Salvador Luria e la resistenza dei batteri come frutto di mutazioni

Gli scienziati hanno, come chiunque altro, le loro opinioni e preferenze, nel lavoro così come nella vita. Tali preferenze non devono influire sull’interpretazione dei dati, ma hanno una decisa importanza nella scelta del modo di accostarsi a un problema. Uno scienziato che non fosse stato così favorevole all’ipotesi delle mutazioni probabilmente non avrebbe neppure pensato al metodo di verifica che alla fine escogitai. (Salvador E. Luria, Storia di geni e di me, p. 88)

Nel dicembre del 1969, quando si trova a Stoccolma per ritirare il premio Nobel per la Medicina, un giornalista gli chiede in che esatto momento sia diventato uno scienziato. «Quando mi sono trasferito da Torino a Roma nel 1937. Quella notte in treno». Così risponde Salvador Luria, aggiungendo che sono il sentimento dell’avventura e la curiosità per l’ignoto – sensazioni che provava nella cuccetta di terza classe («e gli avventurieri viaggiano in prima o in terza») – ad averlo spinto in tutte le imprese della sua vita. E l’avventura di cui quel viaggio in treno era solo il primo passo era davvero terra incognita per la biologia dell’epoca. Salvador Luria aveva lasciato il suo maestro di istologia Giuseppe Levi (lo stesso di Renato Dulbecco e Rita Levi Montalcini, entrambi premi Nobel) per apprendere quel poco di fisica che, dal suo punto di vista, sarebbe stata necessaria per esplorare nuovi territori della biologia. All’epoca, questo significava genetica, ereditarietà e gli albori della biologia molecolare. Con quegli elementi di fisica appresi a Roma, all’Istituto dove lavoravano i Ragazzi di Via Panisperna, Salvador Luria dimostra, assieme al collega Max Delbrück, che la resistenza dei batteri alle infezioni dei fagi si sviluppa grazie a mutazioni genetiche, mettendo così a disposizione dei ricercatori di tutto il mondo una perfetta piattaforma per lo studio della genetica, motivo per il quale vince il Nobel.

 

Chi è Salvador Luria?

Il 13 agosto 1912, da una famiglia ebrea sefardita di Torino nasce Salvatore Luria. Il cambiamento in Salvador E. Luria arriva solamente dopo il 1940, quando è costretto a lasciare Parigi per l’invasione nazista e fa domanda per la cittadinanza americana, rendendo più semplice da pronunciare per gli americani il nome, e diventando così ‘Salvador Edward’. Nel 1935 si laurea in Medicina nel capoluogo piemontese, ma capisce presto che la sua strada non sarà quella del medico: vuole fare ricerca. Si dedica quindi allo studio della radiologia, allora una branca ancora giovane della medicina, nella speranza di poter combinare i propri interessi in biologia e fisica. Nel 1937 si trasferisce a Roma, all’Istituto di Fisica, dove Ugo Fano, che diventerà suo amico, gli spiega la fisica delle radiazioni. Sempre a Roma viene a conoscenza dell’ipotesi di Max Delbrück, secondo cui i geni sarebbero delle molecole, che apre la porta alla biofisica.

Salvador E. Luria (a destra) e Max Delbrück a Cold Spring Harbour

In Italia, però, l’aria si è fatta pesante, soprattutto per gli ebrei, limitati nelle libertà dall’introduzione delle leggi razziali. A malincuore, perché l’esperienza romana lo ha profondamente segnato, Luria si sposta a Parigi, dove però è costretto a scappare in fretta nel 1940, allorché la Francia del nord viene invasa dalle truppe naziste. Viaggia in bicicletta fino a Marsiglia, dove riesce faticosamente a ottenere un visto per gli Stati Uniti, che raggiungerà con una nave in partenza da Lisbona. Il 12 settembre del 1940 Luria arriva a New York, passando per Ellis Island, la principale porta di ingresso degli immigrati negli Stati Uniti. In questa fase della sua vita, fondamentale è il sostegno di Enrico Fermi, anche lui esule italiano in terra americana, che gli scrive lettere di raccomandazioni e lo introduce nel mondo accademico locale.

 

Che cosa ha scoperto?

Negli anni Quaranta, quando Luria si è già trasferito all’Università dell’Indiana, il DNA non era ancora stato scoperto (James Watson e Francis Crick, assieme a Maurice Wilkins e Rosalind Franklin pubblicheranno le loro ricerche nel 1953) e le ipotesi su quali fossero la sua natura e il suo ruolo nella trasmissione dell’informazione genetica erano molte e dibattute. All’epoca già si conoscevano i virus che infettano i batteri: i batteriofagi o fagi. Dal punto di vista della ricerca di laboratorio hanno una caratteristica utilissima: si riproducono in tempi brevissimi e in 25 minuti dall’attacco virale, la cellula batterica si disgrega liberando centinaia di nuovi virus, tutte copie identiche del batteriofago infettante. Ma alcuni batteri erano resistenti ai virus: per quale motivo? Sviluppavano una resistenza dopo essere entrati in contatto con il fago, oppure erano resistenti per un cambiamento dei propri geni dovuto a mutazioni casuali?

Batteriofagi in azione

L’ipotesi molecolare dei geni formulata da Max Delbrück va nella seconda direzione e oramai da qualche anno Salvador Luria pensa che i fagi siano la miglior piattaforma sperimentale su cui verificarla. Comincia qui l’avventura di un gruppo informale e internazionale di ricercatori che Luria battezza ironicamente il “gruppo del fago”, proprio a sottolineare le straordinarie possibilità offerte dal loro studio. Il “test di fluttuazione” viene in mente a Luria mentre guarda un collega giocare alle slot machine, una macchina che nella maggior parte dei casi non restituisce denaro, ma per pochissime giocate restituisce poco e in casi rari (punteggio massimo) somme importanti. Lo stesso Luria lo racconta così:

«Intuivo che l’andamento delle vincite alla slot machine aveva qualcosa da insegnare a chi si occupava di batteri. […] se si espone un miliardo di batteri a una grande quantità di batteriofagi, sopravvivono e crescono solo pochi batteri, quelli resistenti. […] La questione cruciale era se la resistenza dei batteri fosse provocata dal contatto con il fago: in tal caso il numero di batteri resistenti sarebbe dipeso solo dal numero totale di batteri esposti al fago; se invece i batteri resistenti erano mutanti spontanei, essi avrebbero dovuto raggrupparsi in “famiglie” all’interno di ciascuna coltura, perché ogni mutante si sarebbe diviso dando origine a un gruppo di fratelli, anch’essi resistenti. Le slot machine mi avevano suggerito l’idea di paragonare il numero dei batteri resistenti in ciascuna coltura (prendendone in esame una ventina) alla prevedibilità delle vincite in vari tipi di slot machine.»

L’idea di Luria è ancor più comprensibile seguendo l’andamento della diffusione della resistenza in diverse generazioni di batteri, come rappresentato dal celebre schema dell’esperimento:

Schema del test di fluttuazione. Diverse piastre di Petri contengono Escherichia coli sensibile all’attacco del fago denominato T1. Se la resistenza è la conseguenza di una mutazione casuale, ogni coltura di E. coli ha un numero altamente variabile di batteri resistenti (in arancione). L’esperimento di Luria e Delbrück rende inoltre possibile individuare in quale generazione è avvenuta la mutazione (Immagine: Curtis et al. Il nuovo Invito alla biologia.blu (C) Zanichelli 2017)

 

L’eredità di Luria

Dopo aver avuto l’intuizione su come progettare l’esperimento per dimostrare l’ipotesi dell’amico Max Delbrück, Luria si mette al lavoro in laboratorio e nell’arco di qualche giorno completa una serie di test che la sostengono pienamente: i batteri acquisiscono la resistenza ai fagi per mutazioni casuali e, lavorando con diverse generazioni successive di batteri, si può addirittura individuare dove ha avuto origine la mutazione. Max Delbrück lavora sui risultati per ricavarne una trattazione matematica formale: almeno questa volta la slot machine ha restituito il bottino!

I loro studi verranno confermati e ampliati nel 1952 da Alfred Hershey (con cui Luria condividerà il premio Nobel del 1969) e Martha Chase ai laboratori di Cold Spring Harbor, nei pressi di New York. L’esperimento che i due mettono a punto, e che viene ricordato come esperimento di Hershey-Chase, impiega traccianti radioattivi per dimostrare al di là di ogni dubbio che il materiale genetico dei batteriofagi è il DNA ed è il responsabile delle loro capacità infettive. Il loro esperimento, però, fornisce anche un altro risultato fondamentale per la storia della biologia molecolare, perché dimostra anche che il materiale genetico è il DNA e non le proteine, come una teoria diffusa all’epoca – e altrettanto fondata – sosteneva. Nel frattempo, Luria si è trasferito a Urbana, nell’Illinois, dove nel corso degli anni si crea un centro importante per le ricerche in biologia molecolare. Qui continua a studiare i fagi, concentrandosi su quello che accade quando il DNA di un virus entra all’interno del batterio. Luria sapeva che il virus produce degli enzimi che attaccano il DNA del batterio e lo utilizzano per produrre DNA virale. È questo il modo con cui si riproducono e, dopo alcune ore, il batterio si disgrega, liberando tanti nuovi fagi. Ma Luria nota che alcuni batteri mutanti di Escherichia coli, sebbene venissero uccisi dall’attacco del virus, impedivano la crescita dei nuovi fagi. Aveva scoperto quelli che poi saranno chiamati “enzimi di restrizione”, un tassello fondamentale della nascente biologia molecolare e della manipolazione genetica.

I Premi Nobel del 1969. Da sinistra: Murray Gell-Man (Fisica), Derek Barton e Odd Hassel (Chimica), Max Delbrück, Alfred Herschey e Salvador E. Luria (Medicina) e Jan Tinbergen (Economia). Mancano Ragnar Frisch (metà del Premio per l’Economia) e Samuel Beckett (Letteratura) (Immagine: Archivio Getty Images)

Alla fine degli anni Cinquanta, Salvador Luria si trasferisce al Massachussets Institute of Technology (MIT), perché tra tutte le buone offerte che gli erano intanto arrivate, quella di Boston era compatibile con la carriera di ricercatrice in psicologia della moglie Zella Hurwitz, che lavorerà alla Tufts University di Medford, alle porte della città. Nel corso di tutta la vita ha continuato a fare ricerca, ma sempre accompagnandola a una forte convinzione che l’insegnamento fosse una parte importante del proprio lavoro. Cercava, come racconta nella sua autobiografia (originariamente pubblicata da Boringhieri, ma purtroppo fuori catalogo da anni), di non creare legami troppo forti con i propri allievi, ma di spronarli sempre a fare il meglio, nell’interesse generale della conoscenza. Ma Luria non è stato mai un genio isolato e fuori dal mondo, al contrario, ha sempre coltivato profondi rapporti umani e interessi politici (antifascista e pacifista convinto, ha avuto anche alcune difficoltà personali durante il periodo del Maccartismo) e artistici (era un avido lettore di poesia americana contemporanea), convinto che l’uomo e lo scienziato non potessero separarsi. Prima di spegnersi nel 1991, ecco quali fossero le speranze che nutriva:

«La storia del percorso di una persona acquista il suo significato umano dai contatti con il prossimo. L’allegoria di Dante, che cerca intendimento e guida nelle parole degli abitanti dell’Inferno, del Purgatorio e del Paradiso, è anche l’allegoria di una vita di rapporti interpersonali profondamente vissuti. Anche quando ci si avvicina alla fine del viaggio si spera, come Dante, che il tratto finale della strada sia denso di significato».

 

Per approfondire:

Putroppo l’autobiografia di Salvador E. Luria “Storia di geni e di me” (Boringhieri, 1984), da cui sono tratte tutte le citazioni usate in questo articolo, è fuori catalogo, ma si trova facilmente nel circuito dell’usato e dei remainder.

I Salvador E. Luria Papers sono una ricchissima risorsa digitale messa disposizione dalla National Library of Medicine degli Stati Uniti. Qui potete consultare la sezione biografica.

Sul sito della Nobel Foundation si trovano la biografia e i materiali aggiuntivi pubblicati in occasione del Premio nel 1969.

Una buona sintesi biografica in italiano è quella offerta dal Dizionario Biografico Treccani.

 

Immagine banner e box:  pubblico dominio

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